光纤激光-MIG复合焊接中厚板铝合金工艺研究

论文摘要

中厚板铝合金在兵器、船舶、汽车和高速列车等行业获得广泛的应用,激光-MIG复合焊接技术是解决其焊接制造的有效手段之一,当前的激光器应用状况表明,光纤激光将成为下一代激光加工技术的首选激光器。本文采用最新的高功率光纤激光与电弧复合,系统研究ZL114铝合金的焊接工艺、组织成分和接头性能。采用电弧在前（AL）的复合焊接方向和绝对值较大的负离焦量,可以充分发挥光纤激光-MIG复合焊接的穿透能力。与激光在前（LL）相比,AL时的激光作用点的熔池凹陷相对更大,且作用点处的电弧熔化液态金属深度也相对更大,所以AL的熔深大于LL;作用点的不同,使AL比LL更适宜采用绝对值较大的负离焦量来实现更大的焊接熔深。穿透焊接时,过大电弧电流和激光功率都会增加焊缝熔塌倾向,但激光功率对熔塌倾向的影响比电弧电流更明显,同时,过大的激光功率还会引起焊缝的剧烈烧损。Al-Si焊丝比Al-Mg和Al-Mn焊丝的接头组织更细密,且无明显缺陷。与Al-Si焊丝相比,Al-Mg焊丝复合焊接头组织较为粗大,Al-Mn焊丝复合焊接接头组织不仅粗大,还出现较多不规则的气孔,有夹杂现象。三种焊丝的接头组织未发生本质变化,但Al-Mg焊丝接头共晶区域出现较多的针状孔,局部出现明显的烧损;Al-Mn焊丝接头共晶组织数量明显少于Al-Si焊丝。采用Al-Si焊丝的焊缝强度和延伸率都优于Al-Mg和Al-Mn焊丝。采用Al-Si焊丝的焊缝如果成形良好且无明显组织缺陷,拉伸断裂发生在母材。断口分析表明,外加应力在焊缝中主要由铝硅共晶承载,在母材中主要由铝固溶体承载,而铝固溶体的强度高于铝硅共晶,所以在相同的外加应力条件下,焊缝强度高于母材。焊缝表面的黑色氧化膜和焊缝内部尺寸较小的冶金气孔并不影响焊缝拉伸力学性能;在一定范围内,接头横截面面积越大,接头强度越高。通过最终的工艺优化,成功实现了8mm ZL114铝合金不开坡口条件下的单道焊接,所得焊缝成形良好、内部气孔缺陷能够满足某航天工业的使用要求,最终接头强度高于母材,研究表明了光纤激光-MIG复合焊接在中厚板铝合金焊接上可行性和良好的适用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 中厚板铝合金常用先进焊接技术
• 1.3 中厚板铝合金光纤激光-MIG 复合焊接
• 1.4 中厚板铝合金研究现状
• 1.5 课题主要研究内容
• 2 光纤激光-MIG 复合焊接中厚板铝合金工艺研究
• 2.1 实验材料及方法
• 2.2 复合焊接工艺参数对焊缝成形影响
• 2.3 复合焊接焊缝熔塌倾向分析
• 2.4 不同焊丝对复合焊接工艺影响
• 2.5 本章小结
• 3 焊缝组织特征
• 3.1 Al-Mg-Si 系铸造铝合金组织
• 3.2 Al-Si 焊丝焊缝组织分析
• 3.3 Al-Si 焊丝焊缝缺陷观察
• 3.4 不同焊丝的接头微观组织特征
• 3.5 本章小结
• 4 复合焊接接头力学性能
• 4.1 焊接工艺及焊丝种类对接头强度和塑性影响
• 4.2 工艺气孔对接头应力应变曲线影响
• 4.3 复合焊接接头断口分析
• 4.4 本章小结
• 5 全文总结
• 致谢
• 参考文献